天舟一号：为中国航天“加油”

长征七号运载火箭发射天舟一号

随着三艘王源船最近离开中国卫星海上监控部门的码头，赶赴预定海域执行海上监控任务，中国今年最重要的航天计划之一天舟一号货船任务已进入最后准备阶段。

作为中国航天实验室任务的收尾战，即将到来的天舟一号货船任务将全面测试和测试未来将承担中国载人空间站货运任务的系统。其中，载人航天实验室天宫二号的在轨推进剂加注技术是测试中最重要的。这项技术的突破将是中国航天工业在掌握交会对接技术后具有象征意义的新里程碑。它将为长期载人空间站的建设提供基本前提，为2020年后“太空家园”的建设和中国空间站时代的诞生奠定基础。

会合并对接到另一层

在轨加油是指使用服务航天器为空间轨道上的目标航天器加油的在轨操作。它的功能类似于“空中加油”，因此也比喻为“太空加油”。这项技术对空间站很重要，因为空间不是绝对真空，空间站仍然会受到轻微空气阻力的影响，其轨道高度将随着时间的推移而缓慢下降。为了保持其轨道高度，需要消耗燃料以获得上升的推力，而空间站的核心舱在发射期间携带有限的推进剂，这要求货船在轨道上喷射推进剂并不断补充燃料。

天州一号货船的总设计师白说，天州一号运载了大约2吨的推进剂来填充在轨的天宫二号空间实验室，这不仅足够而且是备用的。这些推进剂是液体燃料，将通过管道注入天宫二号，这些管道需要通过空间交会对接进行连接。早在2011年，中国就成功实现了第一次空间交会对接，并掌握了这种独特的高空穿针引线的空间技术。

然而，在轨补给对交会对接精度提出了更高的要求，这就要求“线程化”的空间特技达到更高的水平。对此，第八航天科学技术研究院对接机构的总设计师袁慧玲表示，由于需要补充液体，不会发生泄漏，这需要对接精度的大幅提高。安装后，必须通过三个措施进行校准:导板、机构和导销套，以确保准确插入。

为此，设计者采用了大量的机械、热控等模拟和地面试验验证来保证对接机构产品的质量。对接机构已经完全通过测试，这意味着不仅对接必须完善，为“太空加油”创造良好的条件，而且可以实现分离。对此，航天科工集团第八研究院对接机构副主任丁表示，为确保对接机构分离成功，成立了对接机构分离推杆。如果发生事故，分离杆将开始工作以克服故障并实现分离。

建造太空“加油枪”

空间交会对接为“空中加油”提供了先决条件。接下来，天宫二号用压缩机将气体从油箱中抽出，油箱压力也相应下降。天州一号货船高压气瓶中的气体将推进剂推出自己的舱，并通过连接管道进入天宫二号舱。上述利用压差实现推进剂加注的原理并不复杂，但要成功完成天州一号至天宫二号推进剂的加注，还必须研制出一台具有压差的压缩机和一种经得起试验的“加油枪”。

“天宫二号”推进子系统的总设计师蒋指出，研制通用压缩机并不困难，但“天宫二号”空间实验室需要的是一种紧凑、便携的压缩机。中国航天科技股份有限公司第六研究所通过努力进行了一系列技术创新，最终将压缩机重量控制在几十公斤，很好地满足了这一要求。“加油枪”只是一种形象的表述。它指的是一种叫做浮动隔离开关的装置，也是由中国航天科技集团公司第六研究所开发的。该院副院长刘志让表示，该设备顾名思义是“可浮动的”，可以消除天舟一号和天宫二号对接偏差对灌装的可能影响，提高灌装精度，避免泄漏。

江指出，这些关键设备的成功研制，为实现在轨补给技术奠定了坚实的基础。此外，应尽一切努力优化在轨补给的流程设计，一方面使其更安全，另一方面又不太复杂。在轨补给可能会导致地面出现一些意外情况，因此必须建立紧急在轨处置程序，并需要提前规划和充分的冗余设计来确保安全。

卫星加油测试是加油练习。

“太空加油”是中国航天工业一直努力争取的技术突破。在成功掌握空间交会对接技术后，中国航天投入了更多的力量开展相关技术研发和装备制造。天舟一号发射前，中国航天已经对该卫星进行了在轨加油试验，取得了圆满成功。

2016年6月25日晚，天元一号在轨加油飞行试验系统搭载长征七号运载火箭，从海南文昌航天发射场发射，准确进入预定轨道。接下来的几天，天元一号按照计划对卫星在轨加注的核心关键技术进行了测试和验证，获得了三个储罐加注全过程的完整视频和相关测试数据。北京航天控制中心遥测数据表明，推进剂加注过程稳定，测控精度高，测量结果满足设计要求。中国首个卫星在轨加注试验已经成功完成。这不仅为我国掌握卫星在轨加油技术奠定了坚实的基础，也为天宫二号空间实验室推进剂在轨加油积累了宝贵的经验。

可以预见，天舟一号即将完成的任务将进一步验证和提升中国在轨加油技术，走向成熟阶段，使中国航天产业跃上一个新台阶，为即将到来的载人空间站建设铺平道路，实现中国国家航天目标，全面提升中国航天产业的国际竞争力。根据加拿大麦克唐纳·德特威勒公司的估计，从2012年到2020年，100多颗地球同步轨道通信卫星可能因燃料过早耗尽而失效，更换这些卫星的成本高达300亿至360亿美元。如果这些在轨航天器能够通过在轨加油系统进行加油并延长其使用寿命，就能有效降低发射成本。同时，在轨加油将增强中国的空间探索能力。在深空探测任务中，由于大规模机动，火箭消耗大量推进剂。在轨加油技术可以为空间燃料仓库加油，为深空探测航天器的“空间加油”和空间轨道转移飞行器的燃料转移提供技术支持。

4月24日，将庆祝中国航天发展61周年。经过一年多的艰苦努力，几代中国宇航员已经把中国的空间探索技术推向了世界的前列。随着天州一号、天宫二号即将上演的“太空加油”大戏，中国航天事业将获得新的动力。